二氧化碳变压

PSA CO2操作运行手册 1 变压吸附法变换气脱除二氧化碳装置变压吸附法变换气脱除二氧化碳装置 操作运行及维修说明书 设计阶段 施工图 常州唯都科技有限公司 2006 年 11 月中国 PSA CO2操作运行手册 2 第一章第一章 本操作说明书是为 18000Nm3 h 变换气脱除二氧化碳装置编写的 用于指导操 作人员对装置原始开车和维持装置正常运行 其主要内容包括工艺原理 工艺流程 工艺过程 开停车程序 操作方法 故障判断和相关的安全知识 本操作说明书是 按设计条件编写的操作方法及操作参数 在偏离条件不大的情况下 操作者可根据 生产需要对操作方法及操作参数作适当和正确的调整 但在任何情况下操作人员均 不应违反工业生产中普遍遵循的安全规则和惯例 本装置采用气相吸附工艺 因此原料气中不应含有任何液体和固体 本操作说明书主要对该装置的工艺过程及操作方法作详细介绍 在启动和操作 运行本装置之前 操作人需透彻地阅读本操作说明书 因为不适当的操作会影响装 载的正常运行 影响产品的质量 导致吸附剂的损坏 甚至发生事故 危及人身及 装置安全 除专门注明外 本操作说明书中涉及的压力均为表压 组份浓度为百分 浓度 流量均为标准状态 760mmHg 273k 下的体积流量 1 工艺原理及工艺过程工艺原理及工艺过程 1 0 概述 本装置用于合成氨变换气脱除二氧化碳 装置建设规模为处理合成氨变换气 18000Nm3 h 30 110 1 1 原料气 原料气为合成氨变换气 1 1 1 压力 0 74Mpa 1 1 2 温度 40 1 1 3 流量 5400 18000Nm3 h 1 1 4 组份 表 1 1 组份H2N2CH4CO2COH2OH2S V 1 2 产品 变换气经过本装置后 CO2 H2O 硫化物等组份将被除去 对脱除 CO2 H2O 硫化物等组份的气体 H2 N2 称为产品气 1 2 1 纯度 净化气 CO2含量 0 2 V 1 2 2 压力 0 60Mpa 1 2 3 温度 40 1 2 4 流量 3800 12600Nm3 h 1 3 副产物 1 3 1 压力 0 01Mpa 1 3 2 温度 40 1 3 3 流量 5400Nm3 h 1 4 工艺设备 本装置包括水分离器 V0201 吸附塔 T0201A B C D E F G H I J 储气罐 V0202 以及动力设备真 空泵机组 P0201 A B C D 压缩机 C0201A B 等 见表二 其中吸附器是 本装置的核心设备 PSA CO2操作运行手册 3 表二 装置配备有下列工艺设备 设备名称位号数量 台 容积 m3 用途 水分离器V0201110除去气体中的水分 吸附塔T0201A H834提供吸附场所 储气罐V0202134缓冲 真空泵P0201A D4促进吸附剂再生 压缩机C02012气体回收 二 工作原理 2 1 工作原理 利用吸附剂对气体的吸附随压力变化而变化的特性 吸附剂在选择吸附的 条件下 加压吸附气体中的 CO2 组份 减压脱附这些 CO2 组份而使吸附剂得 到再生 而氢 氮 一氧化碳以及甲烷作为弱吸附组分通过床层 为提高弱吸 附组分收率并保证产品气的连续输送 本装置采用三塔同时吸附 四次均压和 连续回收的工艺流程 吸附过程有以下特点 吸附剂对气体的吸附有选择性 即不同的气体 吸附质 在吸附剂上的吸附量有差异 一种特定的气体在吸附剂上的吸 附量随着其分压的降低而减小 变压吸附脱碳技术就是根据这些特性 在较高压力下吸附原料气中的 CO2 组份 不易吸附的组分则穿过吸附床层作为产品气输出 而通过降低吸附床 层压力使被吸附的组分脱附解吸 从而使吸附剂再生 本装置采用抽空降压的解吸工艺流程 尽可能地降低杂质组分的分压 以使吸附剂得到彻底的再生 1 3 2 生产过程 来自界外的原料气进入变压吸附系统 变压吸附系统采用 10 3 2 4 H 操 作工艺 即设 10 台吸附塔 任何时刻都有 3 台吸附塔进料 处于吸附状态 实现 4 次均压 10 台吸附塔交替切换操作 产品气连续稳定的输出 表三 变压吸附过程有关的程控阀门编号 KV X I 阀门功能 1 原料期进口阀 2 净化气出口阀 3 抽真空阀 5 终充阀 7 回收阀 PSA CO2操作运行手册 4 设备编号 程控阀 10 3 4 H 工艺工艺 本装置采用 10 3 4 H 工艺流程 每一个吸附塔在一次循环中都要经过吸附 A 压力第一均衡降 E1L 压力第二均衡降 E2L 压力第三均衡降 E3L 压力第四均衡降 E4L 回收 HS 抽真空 CU 压力第一均衡升 E1R 压力第二均衡升 E2R 压力第三均衡升 E3R 压力第四均衡升 E4R 终充 RL 等十二个步序 现以 A 塔在一个循环内经历十二个步序的工况为例 对本装置变压吸附工艺 过程进行说明 1 吸附 A 开启程控阀 KVA1 KVA2 原料气通过 KVA1 进入 A 塔 原料气中 CO2和 水等在吸附压力下被吸附剂吸附 未被吸附的 H2 N2 CO CH4等组份 称为净 化气 经 KVA2 进入产品气总管送出界外 当 CO2的吸附前沿到达吸附塔某一位 置时关闭 KVA1 KVA2 原料气停止进入 A 塔 塔内保持吸附时的压力 2 压力第一均衡降 E1L A 塔吸附步骤停止后 即开启 KVA4 及 KVD4 使 A 塔出口端和刚结束压力 第二均衡升步骤的 D 塔的出口端相连通 A 塔内死空间气体 系指吸附剂颗粒之间 及吸附剂内部空隙的气体 由 A 塔出口端经 KVA4 及 KVD4 阀 从 A 塔进入 D 塔 该步骤结束时 A 塔和 D 塔压力基本达到平衡 而 A 塔内的 CO2吸附前沿还未达 到出口端 3 压力第二均衡降 E2L A 塔压力第一均衡降后 A 塔和 D 塔压力基本达到平衡 关闭 KVE4 阀 打 开 KVJ4 阀 A 塔内死空间气体 系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体 由 A 塔出口端经 KVA4 及 KVJ4 阀 从 A 塔进入 J 塔 该步骤结束时 A 塔和 J 塔压 力基本达到平衡 而 A 塔内的 CO2吸附前沿还未达到出口端 4 压力第三均衡降 E3L A 塔压力第二均衡降后 A 塔和 J 塔压力基本达到平衡 关闭 KVJ4 阀 打开 KVE4 阀 A 塔内死空间气体 系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体 由 A 塔出口端经 KVA4 及 KVE4 阀 从 A 塔进入 E 塔 该步骤结束时 A 塔和 J 塔压 力基本达到平衡 而 A 塔内的 CO2吸附前沿还未达到出口端 5 压力第四均衡降 E4L A 塔压力第三均衡降后 A 塔和 E 塔压力基本达到平衡 关闭 KVE4 阀 打 开 KVI4 阀 A 塔内死空间气体 系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体 由 A 塔出口端经 KVA4 及 KVI4 阀 从 A 塔进入 I 塔 该步骤结束时 A 塔和 I 塔压 力基本达到平衡 而 A 塔内的 CO2吸附前沿还未达到出口端 6 回收 HS A 塔压力第四均衡降后 A 塔和 I 塔压力基本达到平衡 关闭 KVA4 和 KVI4 阀 打开 KVA7 通过压缩机对 A 塔内死空间气体 系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内 部空隙的气体 进行回收 7 抽真空 CU PSA CO2操作运行手册 5 A 塔回收完毕后 A 塔的压力基本达到微负压 打开 KVA3 阀 对 A 塔抽真 空 该步骤结束后 A 塔内的吸附剂再生完全 8 压力第四均衡升 E4R A 塔抽真空后 A 塔内的吸附剂再生完全 关闭 KVA3 阀 打开 KVA4 和 KVH4 阀 H 塔内死空间气体 系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体 由 H 塔出口端经 KVA4 及 KVH4 阀 从 H 塔进入 A 塔 该步骤结束时 H 塔和 A 塔压 力基本达到平衡 9 压力第三均衡升 E3R A 压力第四均衡升后 D 塔和 A 塔压力基本达到平衡 打开 KVA4 和 KVD4 阀 D 塔内死空间气体 系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体 由 D 塔出口 端经 KVD4 及 KVA4 阀 从 H 塔进入 A 塔该步骤结束时 D 塔和 A 塔压力基本达 到平衡 10 压力第二均衡升 E2R A 压力第三均衡升后 J 塔和 A 塔压力基本达到平衡 打开 KVA4 和 KVJ4 阀 J 塔内死空间气体 系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体 由 J 塔出口端经 KVJ4 及 KVA4 阀 从 H 塔进入 A 塔该步骤结束时 J 塔和 A 塔压力基本达到平 衡 11 压力第一均衡升 E1R A 压力第二均衡升后 E 塔和 A 塔压力基本达到平衡 打开 KVA4 和 KVE4 阀 E 塔内死空间气体 系指吸附剂颗粒之间及吸附剂内部空隙的气体 由 E 塔出口 端经 KVE4 及 KVA4 阀 从 E 塔进入 A 塔该步骤结束时 E 塔和 A 塔压力基本达 到平衡 12 终充 RL A 压力第一均衡升后 E 塔和 A 塔压力基本达到平衡 打开 KVA5 阀 产品 气通过终充调节阀和 KVA5 阀进入 A 塔 使 A 塔的压力升至吸附压力 该步骤结 束时 A 塔的压力应和吸附压力相同 A 塔又准备开始下一个循环的吸附步序 备注备注 吸附塔在升压过程中有时需要隔离吸附塔在升压过程中有时需要隔离 介绍步骤时没有表述介绍步骤时没有表述 三三 工艺流程 本装置工艺管道及仪表流程图见 SJ0403 32 200 01 02 作为本装置的原料气合成氨变换气在 0 7 0 8Mpa 40 条件下进入本装置 首 先经水分离器 V0201 分离掉气体中可能夹带的液态物质后 经流量计 FIQ201 计量后进入由十台吸附塔 T0201 A J 及程控阀门组成的变压吸附系统 产品气从吸附塔顶出来 经调节阀 PV 201 调节压力以及经流量计 FIQ202 计 量后 送出界外 PSA 系统的解吸气来自吸附塔的抽真空阶段 抽空气经管道高空排入大气 如抽空气需回收 则由管道送出界外 第三章 工艺过程参数检测及自动控制调节系统 一 概述 PSA 工艺是靠周期性地切换阀门来实现的 为使整个工艺过程能连续稳定的 进行 要求自控系统具有较高的水平 本装置控制系统采用西门子 S7 300 型 PLC 系统 其它仪表选用电动仪表 本装置的工艺参数有压力 流量 成份三种 部分压力在现场检测 部分分析 点在现场取样 重要参数如原料压力 产品压力 各吸附塔压力 净化气 CO2含 PSA CO2操作运行手册 6 量等在计算机屏幕上均有指示和记录 由于本装置受前后工段的影响 使得原料气流量 成份 压力有一定的波动 为了保证装置正常 安全地运行 本装置共设置了一套压力调节系统 一套流量调 节系统 一套 CO2成份在线连续分析仪 一套计算机程序控制系统 二 过程控制 调节和参数检测说明 1 原料气 产品气流量计量系统 FIQ 201 FIQ 202 该系统用于检测 指示和记录原料气和净化气的流量 反映装置的处理能力及 生产效果 为经济核算提供依据 2 吸附塔工作压力自动调节及程控系统失控报警系统 PICAL 201 为了保证吸附塔工作压力的稳定 设置了此回路 当任一吸附塔处于最终升压 步骤时 由于最终升压的气体采用净化气 此时如果净化气气量输出不变 就会造 成处于吸附步骤的塔压力下降 近而影响吸附工况 因此 必须及时调节 PV 201 阀的开度 改变净化气输出量 使处于吸附状态的吸附塔压力稳定在给定值上 以 便保证吸附压力的稳定 当变压吸附系统的压力下降 且吸附压力小于给定值时 本系统可以发出报警信号 提醒操作人员 3 终充流量控制系统 在终充时间内 该回路能保证终充流量基本恒定 以减少净化气输出的波动 并保证在终充结束时吸附塔压力接近吸附压力 以防止吸附压力波动 4 十个吸附塔的压力指示系统 PI 203A J 十个吸附塔的压力是分别通过压力变送器将信号送到计算机进行指示和记录的 通 过压力变化曲线能完整地反映出变压吸附十个吸附塔的运行情况 同时对工况出现 的异常情况亦可从压力曲线中看出 从而作为分析故障发生的依据 5 净化气中 CO2含量分析 在产品气总管上设有取样点 用于 CO2红外线气体分析仪对净化气中 CO2含 量进行在线分析 随时监控产品的质量 为装置的参数调整提供依据 第四章开车 分为原始开车和正常开车 原始开车前应做好一系列准备工作 而正常开车时 只要按规定将某些阀及控制点设定好后即可启动 一 原始开车前的准备工作 在装置安装完毕 对自控系统进行严格调试之后 利用程控系统 或通过电磁 阀手动打开程控阀门 对装置进行吹扫和气密性工作 合格后装填吸附剂 但在投 入原料气之前还必须用真空泵对整个装置进行抽真空 使整个系统的氧含量 PSA CO2操作运行手册 7 0 5 体积 以下 因为本装置的原料气 产品气以及解吸气均含有大量的氢气 如果不预先将系统中的氧含量排除尽 在开车初期容易形成爆炸混合物而引起爆炸 燃烧 以上工作完成后应将全部程控阀门关闭 后附系统吹除和系统置换方案 一 自控系统开车前的准备工作 1 检查模拟量控制系统 本装置调节系统的模拟量控制采用电动 型调节仪表 它们现场变送单元是通 过导线连接 因此 在安装完毕后首先检查接线是否正确 然后可送上电信号 检 查所有仪表的零位和满刻度是否正确 然后可对整个系统进行空负载模拟调试 包 括手动调节 看执行机构动作情况 2 检查执行机构 调节阀 的行程 给调节阀输入 4 20mA 信号时检查是否完全行程 3 检查微机控制系统 微机控制系统的主控信号经电磁阀电 气转换后操纵现场各程控阀门 该系统 按要求安装完毕后 首先检查接线是否正确 然后按下列步骤进一步动态检查 开启微机电源 进入 10 3 4 H 工艺控制画面 任意设置时间 程序即从初始状态 开始运行 检查暂停 步进 时间设置各个功能键是否正常 对程控系统进行空负载功能调试 给现场程控阀门送上仪表空气 将讯号送往现 场 按下暂停键检查系统某一步骤动作是否正常 主要指现场的阀门的开关是否和 程控机的指示相同 如正常 则取消暂停 再按步进键 程序执行下一步又按下 暂停 检查系统动作情况 正常后取消暂停 这样周而复始 直至把所有程序走完 一遍 最后关闭微机电源 检查所有程控阀门是否关闭 4 检查流量计计算系统 按流量计使用说明书进行调校和检查 并设定有关的系数 5 检查 CO2连续分析仪 当通入分析仪 CO2标样气时 分析仪表的指针和 CO2标样气含量相同 当标 样气中加入少量的空气后再输入分析仪时分析仪表的指针应下降 如果分析仪表的 指示与上述不符 说明分析仪表接线有误 需检查接线 6 在以上工作进行的同时 还应对真空泵进行检查和试运行 以确保处于正常待 用状态 二 投料启动 运行和停车 在整个装置的工艺 仪表 自动控制系统检查及用真空泵对整个装置进行置换 PSA CO2操作运行手册 8 后 装置已处于随时可以投料开车的状态 关于系统的吹除和置换方案见附页 1 启动前的的准备工作 工艺阀门的设定 全开调节阀前后的截止阀 安全阀前置阀 全开所有压力表阀 全开真空泵进 出口阀 调节系统的设定 将产品气调节阀设置为衡压调节 压力设定为 0 7Mpa 微机程控系统的启动 打开微机程控系统电源 进入控制画面 按照工艺正常运行的要求将各步骤 时间设定好 并使之处于手动状态 3 启动 微机程控系统投入自动工作状态 将程控机的任一步序作为开车的步序 根据显示的步序将各吸附的压力升 至该步序对应的压力 缓慢开起原料气进气阀门 向吸附塔内投料 由于投料开始较少时流量计计 量不准确 故此时流量大小的控制应保持在每分钟使吸附压力升高 0 02Mpa 的速度 以防超流量操作 当吸附压力升到工作压力时 启动 PLC 系统 同时开启真空泵 刚开车时指标可能不合格 建议刚开车的头几个周期产品气的出口调节阀的 后置阀不要打开 原料气的进口应控制得小一些 等到指标达到要求后才打开产品 气的出口调节阀的后置阀 将产品气向后工段输送 将原料气进口阀门逐渐开大 使之达到或接近设计量 在装置运行的过程中 根据装置的运行情况调节运行参数和调节阀的开度 使装置运行在最佳的工况状态 4 停车 停车一般可分为三种情况 一种是正常计划停车 另一种是紧急停车 及装置出现 短时间不能排除的故障需要立即停车 再一种是临时停车 及停车时间不超过 1 小 时 只是为了处理一些小故障 现分述如下 正常停车 通知本装前后工段 关闭原料气进口阀门 产品输出阀门 PSA CO2操作运行手册 9 将微机继续运行 使各设备压力降为 0 1Mpa 时关闭 PLC 系统 关闭微机系统 操作上一步的同时关闭真空泵系统 关闭系统电源 关闭仪表电源 紧急停车 关闭程控系统 PLC 通知本装置前后工段 关闭原料气进口 产品气出口 临时停车 由于工作需要装置要短时间停车 关闭关闭程控系统 PLC 关闭真空泵 停车后的再启动 正常停车后的启动 按投料启动的方法启动 临时停车后的启动 打开微机电源 进入控制画面 微机显示的步序为停车时的步序 检查各吸附 塔的压力是否与步序一致 若相同 则可以启动程控机 若不相同 则将各塔的压 力调整至与该步序相同的压力 再启动程控机 长期停车后的启动 长期停车后的启动按系统建成后初次开车的方法进行 产品气纯度从不合格状态到合格状态的恢复方法 产品气纯度下降表明整个吸附床层以遭污染 杂质组份已突破吸附塔的出口端 造成此结果的原因有两种情况 一种是调节不当 另一种是系统出现故障 前一种 的办法是 减小原料气的量 或者缩短吸附时间 后者的办法是减小减小原料气的 量 检查故障 尽快排除故障 使系统恢复正常 三 故障与处理方法 发生故障是指界外条件供给失常或系统本身在运转过程中操作失调或某一部分 失灵引起产品气中杂质浓度升高 但在故障原因尚未确定之前 装置部需停车 应 继续观察现象 此时不合格气体通过放空阀门放空 待故障判定明确后决定停车或 继续运行 如果系统出现重大问题 则应紧急停车 比较可能发生的故障有以下几个方面 界外条件供给失常 原料气带水过多 由于本装置前的变换工段失控或操作失误 使大量的水进入本装置的水分离器 中 甚至进入吸附塔导致吸附剂失效 此时应尽快打开水分离器的排污阀门 排除 水分离器中的水份 停电 停电致使控制系统不能正常工作 由于微机无输出 所有程控阀门处于关闭状 态 使系统处于停运状态 相当于紧急停车 请按紧急停车处理 仪表空气压力下降 本装置要求仪表空气压力不低于 0 5Mpa 一旦仪表空气压力波动大 下降幅 度大 甚至停气 将使程控阀门无法开或关 导致程序或全系统控制紊乱 产品气 不合格 此时应停车处理 操作失调 PSA 过程运转是否正常关键是看吸附剂的再生状况是否良好 系统操作失调会 立即或逐渐造成吸附效果恶化 由于 PSA 过程是周期性循环过程 因此只要一个吸 附塔恶化 就会很快波及和污染其它吸附塔 最终导致产品气不合格 操作失调经 PSA CO2操作运行手册 10 常有两个方面 处理气量增加 未及时缩短吸附时间 吸附塔内的吸附剂对杂质的吸附量是一定的 一旦处理量增加就应当相应缩短 周期时间 以使原料气进入的杂质量不超过吸附剂的吸附能力 如果不及时调整 杂质就会很快污染产品 吸附塔的解吸真空度达不到要求 在该变压吸附工艺中 吸附剂的再生方式为降压 抽空 再生 如果由于设置 的抽空时间不够或真空系统的其它原因 使吸附塔解吸真空度达不到要求值 就将 影响吸附剂的再生效果 从而影响产品气的质量和收率 这时候可相应调整时间使 抽空时间加长 或检查真空系统的问题 电磁阀故障 若果电磁阀出现故障 将导致程控阀门不能打开或关闭 解决的办法是更换电 磁阀 第五章 安全技术 一 概述 安全生产是关系到人民生命 国家财产安全的大事 是国家基本性政策 也是 一项群众性工作 因此操作人员应该掌握有关的安全生产基本知识 自觉遵守有关 的规则制度 确保实现安全 文明生产 本装置的原料气和产品气中都含有大量的氢气 按 GB4968 85 的火灾分类法属 C 类火灾 按 TJ16 74 第三章第一节生产火灾危险性分类的规定本界区为甲类 按 爆炸危险场所划分的规定 本界区设备和程控阀门布置区为 Q 3 级场所 正常情况 下不能形成 在不正常情况下形成爆炸性混合物可能性较小的场所 二 有关气体的性质介绍 本装置是利用变压吸附技术从合成氨变换气中脱除 CO2 涉及的工业气体中 含有大量的 CO2 H2 N2 CO CH4 等其它气体 下面将有关的气体性质作一简要 介绍 1 二氧化碳 二氧化碳是一种无色 高浓度时略带酸味的气体 它的分子量为 44 01 比 重为 1 524 沸点为 78 5 升华 低浓度的二氧化碳对呼吸中枢系统有兴 奋的作用 高浓度的二氧化碳有显著的麻痹作用 空气中二氧化碳高时 必 然造成体内的二氧化碳滞留 缺氧引起窒息死亡 2 氢气 众所周知 氢气是一种易燃易爆气体 在大气压力和室温下系无色 无 味 无毒的气体 它的沸点低 20 4K 同时也是无腐蚀性 但在高温下 260 它将腐蚀某些金属 如碳钢 它与金属中炭起作用产生 氢脆 氢是所有元素中最轻的一种 元子量为 2 对空气的比重为 0 07 密度最小 它还具有高度的渗透性 氢气在空气或氧气中于一定条件下 指有火源或催 化剂等 能产生爆炸 其爆炸范围见下表 氢气不能提供呼吸 故在高浓度 下能使人窒息 氢气的自燃点为 560 氢气的浓度 体积 氢气在空气中 4 0 74 2 氢气在氧气中 4 66 93 9 PSA CO2操作运行手册 11 3 一氧化碳 一氧化碳为无色 无臭 无刺激性的气体 分子量为 28 比重为 0 97 一氧化碳是易燃 易爆有毒的气体 低浓度 CO 被吸入体内能引起中毒 中毒时出现呼吸急促 心率紊乱 迅速进入昏迷状态甚至死亡 4 甲烷 甲烷是易燃 易爆气体 无色 无味 分子量为 16 比重为 0 424 低 浓度甲烷对神经中枢有兴奋作用 高浓度甲烷吸入体内能引起缺氧中毒 窒 息死亡 5 氮气 氮气为无色 无味 既不燃烧也不助燃的惰性气体 它的分子量为 28 比重为 0 968 高浓度氮气吸入体内即产生缺氧状态 然后发生 窒息死亡 三 装置的安全设施